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4.1.13 Monitor di Surriscaldamento (MCP3008)

Nota

../_images/mcp3008_and_adc0834.jpg

A seconda della versione del tuo kit, identifica se hai ADC0834 o MCP3008 e procedi con la sezione corrispondente.

Introduzione

Potresti voler realizzare un dispositivo di monitoraggio del surriscaldamento applicabile a varie situazioni, ad esempio in fabbrica, per attivare un allarme e spegnere automaticamente la macchina quando si verifica un surriscaldamento di un circuito. In questo progetto useremo termistore, joystick, buzzer, LED e LCD per realizzare un dispositivo intelligente di monitoraggio della temperatura con soglia regolabile.

Componenti richiesti

In questo progetto, abbiamo bisogno dei seguenti componenti.

../_images/list2_Overheat_Monitor.png

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:

Nome

ARTICOLI IN QUESTO KIT

LINK

Raphael Kit

337

Raphael Kit

Puoi anche acquistarli separatamente dai link sottostanti.

INTRODUZIONE COMPONENTE

LINK DI ACQUISTO

Scheda di estensione GPIO

ACQUISTA

Breadboard

ACQUISTA

Cavi Jumper

ACQUISTA

Resistore

ACQUISTA

LED

ACQUISTA

Modulo Joystick

-

MCP3008

-

Transistor

ACQUISTA

I2C LCD1602

ACQUISTA

Termistore

ACQUISTA

Cicalino

-

Schema elettrico

Nome T-Board

fisico

wiringPi

BCM

SPICE0

Pin 24

10

8

SPIMOSI

Pin 19

12

10

SPIMISO

Pin 21

13

9

SPISCLK

Pin 23

14

11

GPIO22

Pin 15

3

22

GPIO23

Pin 16

4

23

GPIO24

Pin 18

5

24

SDA1

Pin 3

SCL1

Pin 5
../_images/schematic_over_monitor_mcp3008.png

Procedure sperimentali

Passo 1: Costruisci il circuito.

../_images/july24_3.1.8_overheat_monitor_mcp3008.png

Passo 2: Configura l’interfaccia SPI e installa la libreria spidev (vedi Configurazione SPI per istruzioni dettagliate). Se hai già completato questi passaggi, puoi saltarli.

Passo 3: Vai nella cartella del codice.

cd ~/raphael-kit/python

Passo 4: Esegui il file eseguibile.

sudo python3 4.1.13-2_OverheatMonitor.py

Quando il codice è in esecuzione, la temperatura attuale e la soglia di alta temperatura 40 vengono visualizzate su I2C LCD1602. Se la temperatura corrente è superiore alla soglia, il buzzer e il LED vengono attivati per avvisarti.

Il Joystick serve per regolare la soglia di temperatura elevata. Spostando il Joystick lungo l’asse X e Y è possibile aumentare o diminuire la soglia corrente. Premendo nuovamente il Joystick si ripristina la soglia al valore iniziale.

Nota

  • Se ricevi l’errore FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1', fai riferimento a Configurazione I²C per abilitare l’I2C.

  • Se ricevi l’errore ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2', esegui sudo apt install python3-smbus2.

  • Se appare l’errore OSError: [Errno 121] Remote I/O error, significa che il modulo è collegato male o guasto.

  • Se il codice e i collegamenti sono corretti ma l’LCD non mostra contenuti, ruota il potenziometro sul retro per aumentare il contrasto.

Avvertimento

Se compare il messaggio di errore RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address, fai riferimento a If gpiozero doesn’t work.

Codice

Nota

Puoi Modificare/Resettare/Copiare/Eseguire/Fermare il codice qui sotto. Prima però devi andare nel percorso del codice sorgente come raphael-kit/python. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l’effetto.

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
import time
import math
import LCD1602

# Pin GPIO
JOY_BTN_PIN = 22  # Pulsante joystick
BUZZER_PIN = 23   # Pin buzzer
LED_PIN = 24      # Pin LED

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)

upperTem = 40

spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

LCD1602.init(0x27, 1)

def read_adc(channel):
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
    return value

def get_joystick_value():
    x_val = read_adc(1)
    y_val = read_adc(2)
    if x_val > 800:
        return 1
    elif x_val < 200:
        return -1
    elif y_val > 800:
        return -10
    elif y_val < 200:
        return 10
    else:
        return 0

def upper_tem_setting():
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
    change = int(get_joystick_value())
    upperTem += change
    strUpperTem = str(upperTem)
    LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
    LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
    time.sleep(0.1)

def temperature():
    analogVal = read_adc(0)
    Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0
    if Vr == 0:
        return 0
    Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr
    tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))
    Cel = tempK - 273.15
    return round(Cel, 2)

def monitoring_temp():
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
    LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
    LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
    time.sleep(0.1)
    if Cel >= upperTem:
        GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
    else:
        GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW)
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)

try:
    lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
    stage = 0
    while True:
        currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
        if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW:
            stage = (stage + 1) % 2
            time.sleep(0.1)
            LCD1602.clear()
        lastState = currentState

        if stage == 1:
            upper_tem_setting()
        else:
            monitoring_temp()

except KeyboardInterrupt:
    pass

finally:
    LCD1602.clear()
    GPIO.cleanup()
    spi.close()

Spiegazione del codice

  1. Importazione librerie

    Carica le librerie richieste per GPIO, SPI, LCD, gestione del tempo e operazioni matematiche.

    #!/usr/bin/env python3
import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
import time
import math
import LCD1602

  2. Configurazione GPIO e dispositivi

    Definisce i pin per joystick, buzzer e LED e imposta la modalità GPIO.

    JOY_BTN_PIN = 22  # Button pin
BUZZER_PIN = 23   # Buzzer pin
LED_PIN = 24      # LED pin

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)

  3. Inizializzazione SPI e LCD

    Avvia l’interfaccia SPI per MCP3008 e inizializza l’LCD1602 con indirizzo I2C 0x27.

    upperTem = 40
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000

LCD1602.init(0x27, 1)

  4. Funzione lettura ADC

    Legge valori analogici da MCP3008 (0–7).

    def read_adc(channel):
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
    return value

  5. Rilevamento movimento joystick

    Controlla gli assi X/Y del joystick e restituisce un valore per modificare la soglia.

    def get_joystick_value():
    x_val = read_adc(1)
    y_val = read_adc(2)
    if x_val > 800:
        return 1
    elif x_val < 200:
        return -1
    elif y_val > 800:
        return -10
    elif y_val < 200:
        return 10
    else:
        return 0

  6. Impostazione soglia

    Mostra “Upper Adjust” su LCD e aggiorna la soglia in base al joystick.

    def upper_tem_setting():
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
    change = int(get_joystick_value())
    upperTem += change
    strUpperTem = str(upperTem)
    LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
    LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
    time.sleep(0.1)

  7. Calcolo temperatura

    Converte la lettura analogica in tensione, resistenza e poi temperatura (°C) con l’equazione Steinhart–Hart.

    def temperature():
    analogVal = read_adc(0)
    Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0
    if Vr == 0:
        return 0
    Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr
    tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))
    Cel = tempK - 273.15
    return round(Cel, 2)

  8. Monitoraggio temperatura

    Visualizza temperatura e soglia; attiva buzzer e LED se si supera la soglia.

    def monitoring_temp():
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
    LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
    LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
    time.sleep(0.1)
    if Cel >= upperTem:
        GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
    else:
        GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW)
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)

  9. Logica principale

    Alterna tra modalità monitoraggio e modalità impostazione soglia premendo il joystick.

    try:
    lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
    stage = 0
    while True:
        currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
        if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW:
            stage = (stage + 1) % 2
            time.sleep(0.1)
            LCD1602.clear()
        lastState = currentState

        if stage == 1:
            upper_tem_setting()
        else:
            monitoring_temp()

  10. Pulizia in uscita

    Spegne correttamente GPIO, LCD e SPI alla chiusura del programma.

    except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    LCD1602.clear()
    GPIO.cleanup()
    spi.close()